專利名稱：鋼工件表面鈍化處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種化學(xué)溶液處理鋼工件表面使其鈍化的方法。
傳統(tǒng)鈍化處理的方法是對(duì)金屬鋁、鋅、鎂、鎘進(jìn)行表面處理，其目的是為達(dá)到對(duì)金屬表面起保護(hù)和裝飾功能。這種工藝根據(jù)加工件大小都相應(yīng)配有廠房、起重設(shè)備、供水系統(tǒng)、專用工具和夾具、倉庫及污水處理設(shè)備，而這些廠房、設(shè)備的投資少則上百萬元，多則數(shù)千萬元。
隨著機(jī)械應(yīng)用的普及，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度提高，負(fù)荷的增加，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，機(jī)械零件精度的提高，人們?yōu)檫m應(yīng)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，解決機(jī)械零件長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中鋼工件發(fā)生粘結(jié)，以對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械零件中的一個(gè)改為異性材料如軸與軸套配合，軸套采用粉末冶金或銅來制作；對(duì)采用相同材料的鋼工件之一，采用對(duì)環(huán)境有污染的鋼工件表面鍍貴重金屬；消耗大量能源的熱處理(包括滲碳、滲氮)等，來改變相對(duì)運(yùn)動(dòng)的其中一個(gè)鋼工件表面結(jié)構(gòu)和性能，取得了豐碩的成果，近年來這方面又有了很大發(fā)展，開發(fā)了許多新工藝和新材料(包括復(fù)合材料)。但由于成本和對(duì)環(huán)境的影響等因素制約有些成果的推廣。為此人們對(duì)有些機(jī)械不得不對(duì)它初始應(yīng)用時(shí)采用讓機(jī)械空轉(zhuǎn)或控制負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，使機(jī)械零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)有一良好的磨合期。盡管如此，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中機(jī)械零件發(fā)生粘結(jié)(抱死)情況婁見不鮮。如發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的曲軸與軸瓦發(fā)生抱死；汽缸長(zhǎng)期使用后，汽缸與缸套之間發(fā)生粘結(jié)，不易折卸。
鋼熱加工時(shí)其變形溫度一般為1000-1250℃。其熱加工工具對(duì)工件的變形力為幾公斤—上萬噸。由于熱加工工具一般是都采用鋼制作，而鋼與被加工工件(除有色金屬外)都屬同類金屬，所以在熱加工過程中，工件時(shí)而發(fā)生“掉肉”被粘結(jié)到工具表面，粘結(jié)后的工具繼續(xù)使用時(shí)，就會(huì)使工件成品表面造成凹坑、結(jié)疤等缺陷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使產(chǎn)品成為“樹皮狀”而無法使用。
在解決這一問題曾對(duì)工具表面作堆焊，工具表面強(qiáng)堿處理，工具自然銹蝕處理，工具中溫氧化法處理等試驗(yàn)，但都受到某些條件限制。
申請(qǐng)發(fā)明人曾在《機(jī)械制造》85(2)介紹一種軋管機(jī)軋輥表面進(jìn)行鍍涂處理的方法，提出以多種鉻酸鹽及鉻酐為侵蝕劑，再配合含硫，磷，氯，氟，溴離子的無機(jī)酸或無機(jī)酸鹽組成的化合物作活化劑的水溶液，將工具浸漬于溶液中，使工具表面被侵蝕，吸附形成鈍化膜。在熱加工工具對(duì)工件進(jìn)行熱加工時(shí)，鈍化膜(氧化鐵)即起到隔離作用，阻止同類金屬在高溫、高壓下直接接觸，從而部分解決了由工件”掉肉”而引起的工具粘鋼問題，延長(zhǎng)了工具使用壽命。
本發(fā)明首要的目的是提供一種采用這種侵蝕原理的方法，使經(jīng)本發(fā)明處理過的鋼工件表面沉積一層鈍化膜(氧化鐵)，鈍化膜在通風(fēng)條件下對(duì)鋼工件基體表面進(jìn)行侵蝕，被侵蝕層的厚度是與被處理過的鋼工件在通風(fēng)條件下存放時(shí)間成正比，通過控制在通風(fēng)條件下存放時(shí)間來控制鋼工件表面鈍化膜(氧化鐵)的厚度。這樣我們可以隨意地根據(jù)鋼工件在不同使用條件下，對(duì)被處理過的鋼工件表面鈍化膜的厚度提出設(shè)計(jì)要求，然后通過控制被處理鋼工件在通風(fēng)條件下存放時(shí)間來獲得。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是采用刷涂方法對(duì)鋼工件表面進(jìn)行處理，依靠存放或隔離被處理鋼工件在通風(fēng)條件時(shí)間來控制鋼工件表面鈍化膜的厚度。所以只對(duì)鋼工件表面進(jìn)行刷涂水處理溶液處理，不再進(jìn)行清除水處理溶液處理。
本發(fā)明中使用的水處理溶液是鉻的無機(jī)化合物為侵蝕劑。如重鉻酸鉀、鉻酸鈉等鉻酸鹽或鉻酐等，在配合至少一種如硫、磷、氯、氟、溴等離子化合物(含硫酸亞鐵)的水處理溶液以重量計(jì)的組份為1000份水；鉻化物4-飽和；活化劑1-飽和(含1-20硫酸亞鐵)。
使用上述水處理溶液對(duì)鋼工件進(jìn)行鈍化處理，是在常溫下將水處理溶液采用刷涂的方法涂敷到鋼工件的表面，使該表面沉積一層鈍化膜(氧化鐵)。在通鳳條件下存放1天以上，即可獲得既保持鋼工件原有的鋼的性能、尺寸，其表面又有一層氧化鐵特征的鋼---氧化鐵復(fù)合材料。
復(fù)合材料有以下特點(diǎn)-----沉積在鋼工件表面的鈍化膜，其活化劑在200℃以上時(shí)持續(xù)工作。鈍化膜中的活化劑發(fā)生熔化，呈半液態(tài)狀，降低了被處理鋼工件在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)表面的摩擦系數(shù)，當(dāng)鈍化膜破損時(shí)可以很快地修復(fù)。
----被處理的鋼工件表面的多孔性腐蝕層(氧化鐵)對(duì)潤(rùn)滑劑有良好的吸附作用和滲透，改善鋼工件的潤(rùn)滑條件。在鋼工件潤(rùn)滑系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，腐蝕層中的潤(rùn)滑劑可以繼續(xù)維持鋼工件的工作。實(shí)際上，被處理的鋼工件已含有潤(rùn)滑劑的功能。
----被處理的鋼工件表面的多孔性腐蝕層(氧化鐵)提高了工件自身的耐磨性，減少了工件工作運(yùn)動(dòng)的接觸面，減少能量消耗和溫升，緩解了工件的熱疲勞。
----被處理的鋼工件表面的多孔性腐蝕層(氧化鐵)有良好的隔熱、隔離作用，降低溫度的傳導(dǎo)，使被處理的鋼工件溫升減緩，緩解被處理鋼工件熱疲勞性，阻止被處理的鋼工件在高溫、高壓下發(fā)生粘結(jié)。
----被處理的鋼工件表面的多孔性腐蝕層(氧化鐵)可以解決鋼工件粘鋼問題、替代部分熱處理工序。使汽車、船舶的主要運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的鋼工件達(dá)到作舊目的，取消設(shè)備磨合期；可提高機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度，減少交通事故；使機(jī)械運(yùn)行正常，減少停機(jī)時(shí)間；節(jié)約大量能源。
將本發(fā)明的方法處理鋼工件之一熱加工工具，其表面沉積一層鈍化膜，鈍化膜在通風(fēng)條件下對(duì)工具表面進(jìn)行侵蝕，產(chǎn)生多孔性的被侵蝕層---氧化鐵層，達(dá)到一定厚度，此鈍化膜與氧化鐵層在1000-1250℃的熱加工工具表面隔離同類金屬直接接觸，達(dá)到阻止同類金屬在高溫、高壓下發(fā)生粘結(jié)，較好地解決工件表面的結(jié)疤、凹坑等缺陷，普遍提高了產(chǎn)品表面質(zhì)量一個(gè)等級(jí)以上，減少停機(jī)修復(fù)工具的時(shí)間；氧化層硬度提高使熱加工工具耐磨性提高，延長(zhǎng)了工具使用壽命，提高了車間作業(yè)率。氧化鐵層是多孔性的，具有良好的隔熱作用，大大降低了熱加工工具的溫升，緩解熱加工工具的熱疲勞，大大減少熱加工工具的“掉肉”情況。
由于本發(fā)明采用刷涂方法對(duì)鋼工件表面進(jìn)行處理?？梢詫?duì)任何可見表面進(jìn)行，這樣可以原一般工藝無法處理的內(nèi)表面進(jìn)行處理，由于可實(shí)施局部處理，這樣大大減少工作量和降低處理成本，基本不需要投資。
經(jīng)本發(fā)明處理的鋼工件之一的鋼制機(jī)械零件，其表面沉積一層鈍化膜，鈍化膜在通風(fēng)條件下對(duì)機(jī)械零件表進(jìn)行侵蝕，產(chǎn)生多孔性侵蝕層---氧化鐵層，達(dá)到一定厚度后將其浸入或表面刷涂潤(rùn)滑劑，使其成為“含油類”機(jī)械零件，這樣的機(jī)械零件可以在零件一開始使用時(shí)與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的另一零件進(jìn)入滿負(fù)荷，高速、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，不再需要磨合期(這實(shí)際上是一種對(duì)機(jī)械零件表面的作舊)。
另外經(jīng)處理后的鋼制機(jī)械零件表面的氧化鐵層另一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的鋼制零件，由氧化鐵層作隔離層，可避免兩機(jī)械零件發(fā)生粘結(jié)(抱死)。經(jīng)本實(shí)用新型發(fā)明方法處理的機(jī)械零件可替代目前正大量使用貴金屬制造的部份零件和鋼制機(jī)械零件采用有污染的鋼表面鍍貴重金屬的工藝，如將本發(fā)明應(yīng)用來對(duì)軸的軸頸部位進(jìn)行局部處理改變軸頸表面的成分和性能，使與之配套的粉末冶金零件、銅套、銅瓦等改為用鋼來制造，減少有色金屬的消耗以降低成本；將本發(fā)明應(yīng)用對(duì)鋼制汽缸套的外表面進(jìn)行處理，在涂上潤(rùn)滑脂，裝入汽缸，待要更換汽缸套時(shí)可輕易取出。
本工藝使用刷涂鈍化液的方法進(jìn)行表面處理，鈍化液可全部使用完，并不使用任何能源，對(duì)環(huán)境不造成污染。
以下介紹本發(fā)明應(yīng)用的若干實(shí)例
例1在常溫下，將鉻酸鈉160克，氟酸氫鈉70克，硫酸亞鐵10克放入1000克水中，制成鈍化處理液，將這水處理液涂到熱加工工具表面，工具表面被侵蝕，吸附形成鈍化膜，在通風(fēng)條件下存放10天，工具表面生成0.8絲鈍化膜(氧化鐵層)，即可將工具用來對(duì)金屬進(jìn)行熱加工。
例2在常溫下將重鉻酸鉀100克，硫酸亞鐵20克，氯化亞鐵100克溶于1000克水中制成鈍化液，涂到鋼制軸的工作部分，在通風(fēng)條件下存放17天，鋼制軸的工作部分的表面生成1.4絲鈍化膜(氧化鐵層)，再噴涂上抗磨節(jié)能劑，裝上鋼制軸套或軸瓦，就可以使用。
例3在常溫下，將鉻酐300克，硫酸亞鐵15克，溴化鉀30克溶于1000克水中，制成鈍化液，將溶液涂到軸套內(nèi)側(cè)，在通風(fēng)條件下存放25天后，軸套內(nèi)側(cè)表面生成2絲鈍化膜(氧化鐵層)，再涂上潤(rùn)滑脂裝上軸即可運(yùn)轉(zhuǎn)使用。
例4在常溫下，將鉻酸鈉250克，硫酸亞鐵20克，氯化鉀50克，溶于1000克水中制成鈍化液，將這水處理液涂到鋼制缸套外側(cè)，在通風(fēng)條件下存放50天后，鋼制缸套外側(cè)表面生成4絲鈍化膜(氧化鐵層)，涂上潤(rùn)滑脂裝入汽缸內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鋼工件表面處理的方法，采用至少一種含硫、磷、氯、氟、溴離子的無機(jī)酸和無機(jī)酸鹽為鉻酐、鉻酸鹽、重鉻酸鹽的活化劑的水處理溶液，侵蝕鋼工件表面來實(shí)現(xiàn)，其特征在于水處理溶液組份(重量份)為水 1000份鉻化物 4---飽和活化劑 1---飽和(含1-20硫酸亞鐵)在常溫下將水處理溶液，采用刷涂的方法涂敷到鋼工件的表面，使該表面沉積一層鈍化膜(氧化鐵)，鈍化膜在通風(fēng)條件下對(duì)鋼工件基體表面進(jìn)行侵蝕，侵蝕層的厚度是與被處理過的鋼工件在通風(fēng)條件下存放時(shí)間成正比。被處理鋼工件在通風(fēng)條件下存放1天以上，通過控制被處理鋼工件在通風(fēng)條件下存放時(shí)間來控制被處理鋼工件表面鈍化膜(氧化鐵)的厚度。達(dá)到既保持鋼工件原有的鋼的性能、尺寸，其表面又有一層氧化鐵特征的鋼---氧化鐵的復(fù)合材料。
2.對(duì)采用權(quán)利要求1所述方法獲得的鋼工件基體為鋼，有鋼的基本性能，其表面為氧化鐵，又有氧化鐵性能的鋼---氧化鐵復(fù)合材料。這種鋼工件具有良好的吸附能力，當(dāng)接觸潤(rùn)滑劑時(shí)，潤(rùn)滑劑會(huì)自然浸入氧化鐵的孔隙中，使鋼工件自身提供良好的潤(rùn)滑條件；隔離相對(duì)運(yùn)動(dòng)的鋼工件直接接觸，阻止被處理的鋼工件在高溫、高壓下發(fā)生粘結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，本發(fā)明采用刷涂方法對(duì)鋼工件表面進(jìn)行處理。可以對(duì)任何可見表面進(jìn)行局部處理。對(duì)原來一般處理工藝無法單獨(dú)處理的鋼工件內(nèi)表面也可進(jìn)行處理，達(dá)到對(duì)鋼工件任何需要作舊的部位都作舊，同時(shí)大大減少工作量；基本不需要投資；；處理成本低；配制好的水處理溶液可完全使用，無污染；不消耗能源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，本發(fā)明采用刷涂方法對(duì)鋼工件表面進(jìn)行處理，依靠存放或隔離被處理鋼工件在通風(fēng)條件時(shí)間來控制鋼工件表面鈍化膜(氧化鐵)的厚度。所以只對(duì)鋼工件表面進(jìn)行刷涂水處理溶液處理，不再進(jìn)行清除水處理溶液處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，鋼工件表面鋼---氧化鐵復(fù)合材料，具有良好的隔熱作用，大大降低了鋼工件的溫升，并隔離同類金屬直接接觸，阻止同類金屬在高溫、高壓下發(fā)生粘結(jié)，較好地解決工件表面的拉傷、結(jié)疤和凹坑缺陷。
全文摘要
鋼工件表面鈍化處理的方法，在常溫下采用至少一種含硫、磷、氯、氟、溴等離子的無機(jī)酸和無機(jī)酸鹽為鉻酐、鉻酸鹽、重鉻酸鹽的活化劑的水處理溶液，直接涂到鋼制工件表面，使其表面沉積一層鈍化膜(氧化鐵層)，在通風(fēng)條件下存放1天以上，其厚度與在通風(fēng)條件下存放的天數(shù)成正比。經(jīng)處理后的鋼工件具有以鋼工件性能為主體，表面又具有氧化鐵性能的復(fù)合材料，廣泛用來對(duì)鋼工件表面做舊。使用本方法不造成對(duì)環(huán)境的污染；不使用任何能源。
文檔編號(hào)C23C22/05GK1584115SQ20041002507
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月10日
發(fā)明者龔譜芳 申請(qǐng)人:龔譜芳